Жизнь на Земле возникла 4,2 миллиарда лет назад: новое исследование
Новое исследование нашло некоторые ответы на вопрос о времени появления жизни на Земле – оказалось, что жизнь возникла на удивление рано.
Изучая геномы живых организмов, ученые определили, что последний универсальный общий предок (LUCA — last universal common ancestor), первый организм, породивший всю жизнь, существующую сегодня на Земле, появился еще 4,2 миллиарда лет назад.
Для сравнения, Земле около 4,5 миллиардов лет. Это означает, что жизнь впервые возникла, когда планета была еще очень молода.
«Мы не ожидали, что LUCA окажется таким старым — он появился всего за сотни миллионов лет после формирования Земли», — говорит биолог-эволюционист Сандра Альварес-Карретеро из Бристольского университета. «Однако наши результаты соответствуют современным взглядам на обитаемость ранней Земли».
Когда Земля была молодой, она была совсем другим местом, с атмосферой, которую сегодня мы сочли бы чрезвычайно токсичной. Кислород в том количестве, которое необходимо нынешней жизни, появился лишь на сравнительно позднем этапе эволюционной истории планеты, всего около 3 миллиардов лет назад.
Но жизнь возникла раньше этого; у ученых есть окаменелости микробов, существовавшие 3,7 миллиарда лет назад. Исследователи полагают, что условия на Земле могли быть достаточно стабильными, чтобы поддерживать жизнь примерно 4,3 миллиарда лет назад.
Но наша планета подвержена эрозионным, геологическим и органическим процессам, из-за которых доказательства существования этой жизни с того времени практически невозможно найти. Поэтому группа ученых отправилась искать в другом месте: в геномах живых организмов и в летописи окаменелостей.
Их исследование основано на так называемых молекулярных часах. По сути, можно оценить скорость возникновения мутаций и подсчитать их количество, чтобы определить, сколько времени прошло с тех пор, как рассматриваемые организмы разошлись с общими предками.
Все организмы имеют некоторые общие черты. Существует универсальный генетический код. Способы производства белков одинаковы. Существует почти универсальный набор из 20 аминокислот, ориентированных одинаково. И все живые организмы используют аденозинтрифосфатную кислоту (АТФ) в качестве источника энергии в своих клетках.
Основываясь на этих сходствах, ученые выяснили, сколько времени прошло с тех пор, как преемники LUCA начали расходиться. И, используя сложное эволюционное моделирование, они смогли больше узнать о самом LUCA – что это было и как оно выжило на Земле, столь негостеприимной для своих потомков.
Они обнаружили, что LUCA, вероятно, очень похож на прокариот — одноклеточный организм, не имеющий ядра. Очевидно, он не зависел от кислорода, поскольку кислорода было мало; это не неожиданно для микроба. Таким образом, его метаболические процессы, вероятно, привели к образованию ацетата. Но было еще кое-что интересное. LUCA, похоже, был не один.
«Наше исследование показало, что LUCA — это сложный организм, не слишком отличающийся от современных прокариот», — говорит филогеномист Давиде Пизани. «Но что действительно интересно, так это то, что очевидно, что он обладал ранней иммунной системой, что показывает, что даже 4,2 миллиарда лет назад наш предок участвовал в борьбе с вирусами».
Поскольку его метаболические процессы производили бы отходы, которые могли бы быть использованы другими формами жизни, они могли появиться вскоре после того, как это сделал LUCA.
Это означает, что для возникновения полноценной экосистемы в эволюционной истории планеты требуется относительно мало времени — открытие, которое имеет последствия, выходящие далеко за рамки планеты Земля.
«Наша работа объединяет данные и методы из нескольких дисциплин, раскрывая понимание ранней Земли и жизни, которое не могло быть достигнуто с помощью какой-либо одной дисциплины в отдельности», — говорят ученые. «Она также демонстрирует, насколько быстро на ранней Земле возникла экосистема. Это говорит о том, что жизнь может процветать в земноподобных биосферах в других частях Вселенной».
Исследование опубликовано в журнале Nature Ecology & Evolution.